第六章微生物的营养ppt课件

1、第六章 微生物的营养 营养物质是微生物生存的物质根底，而营养是微营养物质是微生物生存的物质根底，而营养是微生物维持和延续其生命方式的一种生理过程。生物维持和延续其生命方式的一种生理过程。营养物质营养物质: 可以满足机体生长、繁衍和完成各种生理可以满足机体生长、繁衍和完成各种生理活动所需求的物质活动所需求的物质.营养：微生物获得和利用营养物质的过程。营养：微生物获得和利用营养物质的过程。第一节微生物的营养物质第一节微生物的营养物质一、微生物的化学组成一、微生物的化学组成主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等。主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等。微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴

2、、铜等。微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等。占细菌细胞干重的占细菌细胞干重的97% 二、微生物的营养要素二、微生物的营养要素六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。六要素：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。 营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成六大类。1.碳源碳源在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质。在微生物生长过程中能为微生物提供碳素来源的物质。碳源谱碳源谱有机碳有机碳无机碳无机碳异养微生物异养微生物自养微生物自养微生物微生物的碳谱微生物的碳谱 目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是目前在微生物工业发酵中所利用的碳源物质主要是单糖、淀粉、

3、麸皮、米糠等。单糖、淀粉、麸皮、米糠等。 对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有能源功能营养物。能源功能营养物。 微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、脂类、烃、脂类、烃、CO2及碳酸盐等。及碳酸盐等。 凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来凡是能被用来构成菌体物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。源的营养物质称为氮源。2. 氮源氮源氮源谱氮源谱有机氮有机氮无机氮无机氮NH3铵盐铵盐硝酸盐硝酸盐N2蛋白质蛋白质核酸核酸氨基酸氨基酸尿素尿素微生物的氮谱微生物的氮谱3.能源能源能源：能

4、为微生物的生命活动提供最初能量来源营养能源：能为微生物的生命活动提供最初能量来源营养物或辐射能。物或辐射能。能源谱能源谱化学物质化学物质辐射能辐射能化能异养微生物的能源化能异养微生物的能源有机物有机物无机物无机物化能自养微生物的能源化能自养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源光能自养和光能异养微生物的能源4.生长因子生长因子生长因子：那些微生物生长所必需而且需求量很小，但生长因子：那些微生物生长所必需而且需求量很小，但微生物本身不能合成的或合成量缺乏以满足微生物本身不能合成的或合成量缺乏以满足机体生长需求的有机化合物。机体生长需求的有机化合物。 微微 生生 物物 生长因子生长因子 需求量

5、需求量ml-1III型肺炎链球菌型肺炎链球菌Streptococcus pneumoniae 胆碱胆碱 6ug金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus硫胺素硫胺素 0.5ng白喉棒杆菌白喉棒杆菌Cornebacterium diphtherriaeB-丙氨酸丙氨酸 1.5ug破伤风梭状芽孢杆菌破伤风梭状芽孢杆菌Clostridium tetani尿嘧啶尿嘧啶 0-4ug肠膜状串珠菌肠膜状串珠菌Leuconostoc mesenteroides吡哆醛吡哆醛 0.025ug5. 无机盐无机盐作用作用1参与微生物中氨基酸和酶的组成；参与微生物中氨基酸和酶的组成；2调理微

6、生物的原生质胶体形状，维持细胞调理微生物的原生质胶体形状，维持细胞的浸透与平衡的浸透与平衡3酶的激活剂。酶的激活剂。微量元素：指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这微量元素：指那些在微生物生长过程中起重要作用，而机体对这些元素的需求量极其微小的元素，通常需求量在些元素的需求量极其微小的元素，通常需求量在10-6-10-8mol/L：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。 根据微生物对矿质元素需求量大小可以把它分成根据微生物对矿质元素需求量大小可以把它分成大量元素：大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。等。6.水水生理功能主要有：生理功

7、能主要有： 起到溶剂与运输介质的作用；起到溶剂与运输介质的作用； 参与细胞内一系列化学反响；参与细胞内一系列化学反响； 维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象；维持蛋白质、核酸等生物大分子稳定的天然构象； 经过水协作用与脱水作用控制由多亚基组成的构造经过水协作用与脱水作用控制由多亚基组成的构造 热的良好导体；热的良好导体；第二节微生物的营养类型第二节微生物的营养类型微生物的营养类型的分类微生物的营养类型的分类异养型生物异养型生物自养型生物自养型生物生长所需求生长所需求的营养物质的营养物质生物生长过程生物生长过程中能量的来源中能量的来源光能营养型光能营养型化能营养型化能营养型光能自养型光能自

8、养型光能异养型光能异养型化能自养型化能自养型化能异养型化能异养型微生物常见的营养类型微生物常见的营养类型1光能自养型光能自养型1 1能以能以CO2CO2为主要独一或主要碳源；为主要独一或主要碳源；2进展光协作用获取生长所需求的能量；进展光协作用获取生长所需求的能量；3以无机物如以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使等作为供氢体或电子供体，使CO2复原为细胞物质；复原为细胞物质； 例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体供氢例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体供氢体，进展产氧型的光协作用，合成细胞物质。而红硫细菌，体，进展产氧型的光协作用，合成细胞物质。而红硫细菌，

9、以以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+ 2H2S光能光能光合色素光合色素 CH2O + 2S+ H2O2光能异养型光能异养型1不能以不能以CO2为主要或独一的碳源；为主要或独一的碳源；2以有机物作为供氢体，利用光能将以有机物作为供氢体，利用光能将CO2复原为细胞物复原为细胞物质；质；3在生长时大多数需求外源的生长因子；在生长时大多数需求外源的生长因子； 例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将将CO2复原成细胞物质，同时积累丙酮。复原成细胞物质，同时积累丙酮。C

10、HOH + CO2CHOH + CO2H3CH3CH3CH3C2光能光能光合色素光合色素2 CH3C0CH3 + CH2O6 + H2O2 CH3C0CH3 + CH2O6 + H2O3化能自养型化能自养型1生长所需求的能量来自无机物氧化过程中放出的化学生长所需求的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；能；2以以CO2或碳酸盐作为独一或主要碳源进展生长时，利或碳酸盐作为独一或主要碳源进展生长时，利用用H2、H2S、Fe2+、NH3或或NO2-等作为电子供体使等作为电子供体使CO2复原成细胞物质。复原成细胞物质。 化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无化能无机自养型只存在于微生物中，可

11、在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中，参与地光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中，参与地球物质循环。球物质循环。2NH3+2O2 2HNO2+4H+ +能量能量CO2+4H+ CH2O+H2O4化能异养型化能异养型1生长所需求的能量均来自有机物氧化过程中放出的生长所需求的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；化学能；2生长所需求的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、生长所需求的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；有机物通常既是碳源也是能源；(1) 大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型

12、微大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；生物；(2) 一切致病微生物均为化能有机异养型微生物；一切致病微生物均为化能有机异养型微生物；不同营养类型之间的界限并非绝对不同营养类型之间的界限并非绝对异养型微生物并非绝对不能利用异养型微生物并非绝对不能利用CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进展生长；自养型微生物也并非不能利用有机物进展生长；有些微生物在不同生长条件下生长时有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改动；其营养类型也会发生改动；例如紫色非硫细菌例如紫色非硫细菌(purple nonsulphur bacteria)：没有有机物时，同化没有有机物时，同化CO

13、2， 为自养型微生物；为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进展生长，为异养型微生物；有机物存在时，利用有机物进展生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗好氧条件下，靠有机物氧化产生化学能生长，为化能营养型微生物。黑暗好氧条件下，靠有机物氧化产生化学能生长，为化能营养型微生物。微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的顺应才干微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的顺应才干第三节营养物质进入细胞的方式第三节营养物质进入细胞的方式营养物质能否进入细胞取决于三个方面的要素：营养物质

14、能否进入细胞取决于三个方面的要素： 营养物质本身的性质相对分子量、质量、溶解性、营养物质本身的性质相对分子量、质量、溶解性、电负性等电负性等 微生物所处的环境温度、微生物所处的环境温度、pHpH等；等； 微生物细胞的透过屏障原生质膜、细胞壁、荚膜微生物细胞的透过屏障原生质膜、细胞壁、荚膜等。等。根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为根据物质运输过程的特点，可将物质的运输方式分为:自在分散自在分散促进分散促进分散自动运输自动运输基团转移基团转移物质的运输方式物质的运输方式1自在分散自在分散 原生质膜是一种半透性膜，营养物质经过原生质膜上的原生质膜是一种半透性膜，营养物质经过原生质膜上的小

15、孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进展分散。小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内进展分散。特点特点物质在分散过程中没有发生任何反响；物质在分散过程中没有发生任何反响；不耗费能量；不能逆浓度运输；不耗费能量；不能逆浓度运输；运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比 水是独一可以经过分散自在经过原生质膜的分子，脂肪水是独一可以经过分散自在经过原生质膜的分子，脂肪酸、乙醇、甘油、一些气体酸、乙醇、甘油、一些气体O2、CO2及某些氨基酸在及某些氨基酸在一定程度上也可经过自在分散进出细胞。一定程度上也可经过自在分散进出细胞。 2促进分散促进分散 促进分散也是以物质的浓度梯

16、度为动力，与上种方式促进分散也是以物质的浓度梯度为动力，与上种方式不同的是这种运输过程有膜载体参与，起不同的是这种运输过程有膜载体参与，起“渡船渡船 作用，作用，把物质由膜外运至膜内。把物质由膜外运至膜内。 经过促进分散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单经过促进分散进入细胞的营养物质主要有氨基酸、单糖、维生素及无机盐等。普通微生物经过专注的载体蛋白糖、维生素及无机盐等。普通微生物经过专注的载体蛋白运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种运输相应的物质，但也有微生物对同一物质的运输由一种以上的载体蛋白来完成。以上的载体蛋白来完成。 特特点点不耗费能量不耗费能量参与运输的物质本身的分子构

17、造不发生变化参与运输的物质本身的分子构造不发生变化不能进展逆浓度运输不能进展逆浓度运输运输速率与膜内外物质的浓度差成正比运输速率与膜内外物质的浓度差成正比需求载体参与需求载体参与3自动运输自动运输它的一个重要特点是物质运输过程中需求耗费能量它的一个重要特点是物质运输过程中需求耗费能量和载体，而且可以进展逆浓度运输。和载体，而且可以进展逆浓度运输。自动运输的特点：自动运输的特点：1、被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内。、被运送的物质可逆浓度梯度进入细胞内。2、要耗费能量，必需有能量参与。、要耗费能量，必需有能量参与。3、有膜载体参与，膜载体发生构型变化。、有膜载体参与，膜载体发生构型变化。4、被

18、运送物质不发生任何变化。、被运送物质不发生任何变化。 基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸基团转位又称为磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸糖转移酶运磷酸糖转移酶运输系统输系统PTS，PTS 通常由五种蛋白质组成，包括酶通常由五种蛋白质组成，包括酶I、酶酶II包括包括a、b、c三种亚基和一种低相对分子量的热三种亚基和一种低相对分子量的热稳定蛋白质稳定蛋白质HPr。4基团移位基团移位 基团移位是另一种类型的自动运输，它与自动运输方基团移位是另一种类型的自动运输，它与自动运输方式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质式的不同之处在于它有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化。的运输

19、，而物质在运输过程中发生化学变化。 PEP-P + HPr HPr-p + 丙酮酸丙酮酸 P - HPr +糖糖糖糖-P +HPr基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞基团转移主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细胞中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也中，主要用于糖的运输，脂肪酸、核苷、碱基等也可以经过这种方式运输。可以经过这种方式运输。基因转移运输特点：基因转移运输特点：1被运输的物质发生化学变化，被磷酸化被运输的物质发生化学变化，被磷酸化.2 需求能量需求能量.3 需求磷酸酶系统进展催化需求磷酸酶系统进展催化. 四种运送营养方式的比较四种运送营养方式的比较第四节培育基第四节培育基 培育基

20、是人工配制的，适宜微生物生长繁衍或产生培育基是人工配制的，适宜微生物生长繁衍或产生代谢产物的营养基质。代谢产物的营养基质。 培育基几乎是一切对微生物进展研讨和利用任务的培育基几乎是一切对微生物进展研讨和利用任务的根底。根底。任何培育基应具备微生物生长所需求六大营养要素：任何培育基应具备微生物生长所需求六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水。碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水。种花需求的是土壤种花需求的是土壤培育微生物需求的培育基培育微生物需求的培育基一、选用和设计培育基的原那么和方法一、选用和设计培育基的原那么和方法目的明确目的明确 营养协调营养协调理化条件适宜理化条件适宜经

21、济节约经济节约1.目的明确目的明确根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培育基。根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培育基。培育化能自养型的氧化硫杆菌的培育基组成为：培育化能自养型的氧化硫杆菌的培育基组成为：S 10g MgSO4.7H2O 0.5g NH4)2SO4 0.4g FeSO4 0.01g H2PO4 4g CaCl2 0.25g H2O 1000ml培育化能异养的大肠杆菌一种培育基是由以下化学成培育化能异养的大肠杆菌一种培育基是由以下化学成分组成为：葡萄糖分组成为：葡萄糖 5g NH4H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4 1g H2O

22、1000ml常见的培育四大类微生物的培育基常见的培育四大类微生物的培育基细菌牛肉膏蛋白胨培育基：细菌牛肉膏蛋白胨培育基： 牛肉膏牛肉膏 3g 蛋白胨蛋白胨 10g NaCl 5g H2O 1000mL放线菌高氏放线菌高氏1号：号： 淀粉淀粉 20g K2HPO4 0.5g NaCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g KNO3 1g FeSO4 0.01g H2O 1000mL酵母菌酵母菌(麦芽汁培育基麦芽汁培育基): 干麦芽粉加四倍水，在干麦芽粉加四倍水，在50-60保温糖化保温糖化3-4小时，调整糖液浓度为小时，调整糖液浓度为10巴林，煮沸后，沙布过滤，调巴林，煮沸后，沙布过滤，调p

23、H为为6.0。霉菌查氏合成培育基霉菌查氏合成培育基: NaNO3 3g K2HPO4 1g KCl 0.5g MgSO4.7H2O 0.5g FeSO4 0.01g 蔗糖蔗糖 30g H2O 1000mL2.营养协调营养协调培育基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生培育基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁衍和代谢产物的构成和积累，其中碳氮比物的生长繁衍和代谢产物的构成和积累，其中碳氮比C/N的影响较大。的影响较大。 例如，在利用微生物发酵消费谷氨酸的过程中，培育例如，在利用微生物发酵消费谷氨酸的过程中，培育基碳氮比为基碳氮比为4/1时，菌体量繁衍，谷氨酸积累少；当培育时，菌

24、体量繁衍，谷氨酸积累少；当培育基碳氮比为基碳氮比为3/1时，菌体繁衍遭到抑制，谷氨酸产量那么时，菌体繁衍遭到抑制，谷氨酸产量那么大量添加。大量添加。3.理化条件适宜理化条件适宜pHpH水活度水活度氧化复原电位氧化复原电位1 pH 培育基的培育基的pH必需控制在一定的范围内，以满足不同必需控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁衍或产生代谢产物。类型微生物的生长繁衍或产生代谢产物。通常培育条件：通常培育条件：细菌与放线菌：细菌与放线菌：pH77.5酵母菌和霉菌：酵母菌和霉菌：pH4.56范围内生长范围内生长 为了维持培育基为了维持培育基pH的相对恒定，通常在培育基中的相对恒定，通常在培育

25、基中参与参与pH缓冲剂，或在进展工业发酵时补加酸、碱。缓冲剂，或在进展工业发酵时补加酸、碱。2 水活度水活度 在天然环境中，微生物可实践利用的自在水或游离水在天然环境中，微生物可实践利用的自在水或游离水的含量，普通用在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽的含量，普通用在一定的温度和压力条件下，溶液的蒸汽压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即：压力与同样条件下纯水蒸汽压力之比表示，即： w=Pw/Pow 式中：式中：Pw代表溶液蒸汽压力，代表溶液蒸汽压力，Pow代表纯水蒸汽压力。代表纯水蒸汽压力。 纯水纯水w为为1.00，溶液中溶质越多，溶液中溶质越多， w越小。越小。 微生物普通在微生物普通在

26、w为为0.600.99的条件下生长的条件下生长, w过低时过低时,微生物生长的缓慢期延伸微生物生长的缓慢期延伸,比生长速率和总生长量减少。比生长速率和总生长量减少。微生物不同，其生长的最适微生物不同，其生长的最适w不同。不同。3氧化复原电位氧化复原电位 氧化复原电位又称氧化复原电势氧化复原电位又称氧化复原电势redox potential，是度量，是度量某氧化复原系统中的复原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势某氧化复原系统中的复原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种目的，其单位是的一种目的，其单位是V伏或伏或mV毫伏。毫伏。不同类型微生物生长对氧化复原电位的要求不同不同类型微生物生长对氧化复原电位

27、的要求不同好氧性微生物：好氧性微生物：+0.1伏以上时可正常生长伏以上时可正常生长,以以+0.3+0.4伏为宜；伏为宜；厌氧性微生物：低于厌氧性微生物：低于+0.1伏条件下生长；伏条件下生长；兼性厌氧微生物：兼性厌氧微生物：+0.1伏以上时进展好氧呼吸伏以上时进展好氧呼吸, +0.1伏以下时进展发酵。伏以下时进展发酵。4. 经济节约经济节约以粗代精以粗代精以氮代朊以氮代朊以野代家以野代家以纤代糖以纤代糖以废代好以废代好以烃代粮以烃代粮以简代繁以简代繁以国代进以国代进经济节约经济节约二培育基的种类二培育基的种类 培育基的种类繁多。因思索的角度不同，可培育基的种类繁多。因思索的角度不同，可将培育基

28、分成以下一些类型：将培育基分成以下一些类型： 根据微生物的种类分类根据微生物的种类分类 按培育基的成分分类按培育基的成分分类 按培育基的用途分类按培育基的用途分类 按培育基的物理形状分类按培育基的物理形状分类 一、根据微生物的种类分类一、根据微生物的种类分类 按按微微生生物物的的种种类类分分类类 细菌培育基细菌培育基 放线菌培育放线菌培育 如营养肉汤培育基、牛肉膏蛋如营养肉汤培育基、牛肉膏蛋白质培育基。白质培育基。如高氏如高氏1 1号培育基，高氏号培育基，高氏2 2号培号培育基。育基。 霉菌培育基霉菌培育基 酵母培育基酵母培育基 如察氏培育基，土豆蔗糖培育如察氏培育基，土豆蔗糖培育基。基。 如

29、麦芽培育基和马铃薯葡萄糖如麦芽培育基和马铃薯葡萄糖培育基。培育基。 二、按培育基的成分分类二、按培育基的成分分类 天然培育基天然培育基合成培育基合成培育基含用化学成分还不清楚或化学成分不含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物恒定的天然有机物牛肉膏蛋白胨培育基、麦芽汁牛肉膏蛋白胨培育基、麦芽汁培育基培育基化学成分完全了解的物质配制而成的化学成分完全了解的物质配制而成的培育基培育基高氏高氏1 1号、查氏培育基号、查氏培育基半合成培育基半合成培育基 天然有机物加上知无机盐天然有机物加上知无机盐土豆培育基、麦芽汁培育基土豆培育基、麦芽汁培育基按按成成分分不不同同划划分分按按用用途途不不同同划

30、划分分根底培育基根底培育基鉴别培育基鉴别培育基含有普通微生物生长繁衍所需的根本含有普通微生物生长繁衍所需的根本营养物质的培育基营养物质的培育基用来将某种或某类微生物从混杂的微用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分别出来的培育基生物群体中分别出来的培育基用于鉴别不同类型微生物的培育基用于鉴别不同类型微生物的培育基选择培育基选择培育基在根底培育基中参与某些特殊营养物在根底培育基中参与某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培育基质制成的一类营养丰富的培育基加富培育基加富培育基三、按培育基的用途分类三、按培育基的用途分类 其它培育基其它培育基用于特定目的的微生物培育基用于特定目的的微生物培育基选择培育基中参与的选择性物质选择培育基中参与的选择性物质鉴别培育基伊红鉴别培育基伊红-美蓝培育基美蓝培育基按按物物理理形形状状不不同同划划分分固体培育基固体培育基液体培育基液体培育基在液体培育基中参与一定量凝固剂，使在液体